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交通信号协调控制平滑过渡及偏差校正方法
摘要：针对目前城市道路拥堵的现状，一些大中型城市都选择区域协调控制来缓解压力，也的确取得了一定的成效，但一旦其中一个路口信号机出现故障，该路口处于无信号控制状态，会引起相应的连锁反应，而且故障修复后该路口信号机如不能及时作出相应的调整，必然会加剧了拥堵现象的恶化，本文采取信号机内时钟固定的功能，通过计算时间偏差值，通过连续的几个周期的调整，使路口交通状态恢复正常，协调控制正常执行。
关键词：时间偏差 区域协调控制 故障修复 周期调整
目前，随着城市交通设施建设步伐的加快，交通拥堵已成为愈来愈严重的问题，尤其是道路交叉口的拥堵问题，如果解决不好，会引起连锁反应。交叉口信号控制可缓解单个交叉口的交通压力，特别是区域协调控制，能对连续交叉口起到缓解交通拥堵的作用；但若出现信号机故障或者断电等突发因素，就会导致这种连续性的中断，不能及时有效地做出调整，从而引发更严重的交通事件。针对这种区域协调控制偶发故障的因素，从信号机自身时钟固定的优势，通过计算机编程的方式，精确计算协调控制中需求执行事件和实际执行事件的偏差值，并将此偏差值通过过渡周期相位绿灯执行时间的增加或减少均分消除，从而达到信号系统协调控制的精确执行。
1、研究现状
传统交通信号控制系统在运行基于时钟的协调控制时，各相关信号系统为了实现从多时段、感应等控制模式进入协调控制模式的精确转换，通常都采取同一时间点上同时执行协调控制方案的直接切换技术，这很容易导致信号系统的突变，引起道路交叉口交通流的混乱。
此外，在已经执行了协调控制的各相关信号系统若遇到断电、人工控制、交通管制等中断了协调控制时序，则整个信号系统往往无法继续时间上的精确协调控制。
还有，各信号系统在执行协调控制时因软件执行时间及硬件电子器件个体差异所产生的累积时间偏差，也可导致整个信号系统协调控制的精确性下降。
2、平滑过渡及偏差校正方法
本文所研究的平滑过渡及偏差校正方法主要是针对传统方法存在的问题，通过计算机编程计算的方式，以信号系统的周期为检测计算单元，精确计算协调控制中的需求执行时间与实际执行时间的偏差值，并根据自身信号机所带的时钟基准，将此偏差值通过过渡周期相位绿灯执行时间的增加或减少均分消除，从而达到信号系统协调控制的正常精确执行。
参数定义：
(1)t-协调控制时段起始时间；
(2)a-当前实际时间；
(3)t-信号周期值；
(4)n-过渡周期数；
(5)p-时间偏差值；
(6)n-当前时间与理论周期时间的最短间隔周期。
2.1 平滑过渡方法
信号控制系统在进入协调控制之前，即a0时，则进行以下计算：
c=p/n（整除运算，c为整数）
d=p mod n（取余运算，d为整数）
式中：c-每周期绿灯时间增加值；
d-最后一个周期绿灯时间增加的余值。
通过执行n个过渡周期，将1至（n-1）个过渡周期的相位绿灯值增加c；将第n个过渡周期的相位绿灯值增加（c+d），详见图1；
通过上述计算调整，信号控制系统在进入协调控制前的n个周期为平滑过渡周期，其周期值是动态计算出的，显而易见，n值越大（c和d值越小）其过渡周期值与预设周期值越接近，过渡越平滑。
2.2 偏差校正方法
信号控制系统进入协调控制后，即a>t时，在信号系统每周期执行时进行以下计算：
q=（a-t） mod t（取余运算，q为整数）
若q=0时则继续正常执行周期中的各相位；
若03时，则进行以下计算：
w=t-q
c=w/n（整除运算，c为整数）
d=w mod n（取余运算，d为整数）
执行n个过渡周期，将1至（n-1）个过渡周期的相位绿灯值增加c；将第n个过渡周期的相位绿灯值增加（c+d），详见图2所示；
通过上述计算调整，信号控制系统无论是在断电等中断情况恢复后重新进入协调控制，还是在长时间运行协调控制后产生了累积时间偏差，其均可通过每周期的检测，将偏差在1至n个过渡周期平滑过渡后消除，进而重新进行精确的协调控制。
3、应用实例
本文以合肥市黄山路上连续交叉口作为研究对象，具体包含有黄山路-天柱路交叉口、黄山路-科学大道交叉口、黄山路-天智路交叉口，详情如下图3所示；
根据实际调查得知，黄山路-天智路交叉口至黄山路-科学大道交叉口的时间是3分钟，由黄山路-科学大道交叉口至黄山路-天智路交叉口的时间是3分钟30秒（均按照路面畅行速度而言）。从10:00开始第一个路口（黄山路-天柱路交叉口）执行协调控制，周期为120秒；
依此类推，进入第二个路口的协调控制时间应为10:03，第三个交叉口的协调控制时间为10:06:30；拟10:18:20出现故障（断电）,10:30:30分恢复正常，即a为10:31:10，由此，p=10:30:30+120n-t；取第一个路口的时间为10:28，则进入第二个路口协调控制的时间应为10:31，计算得p=90秒。
n取4，则c= p / n=20秒，d= p mod n=10秒；通过执行4个过渡周期，将1至3个过渡周期的相位绿灯值增加20秒；将第4个过渡周期的相位绿灯值增加30秒。详情如下表1所示；
同理，也对a>t的情况做了一次调查实验，具体执行时间如表2所示；
由上表2可知，q>3属于第三类情况，有w=120-78=42，取n=2，有c=21s，d=0，执行2个过渡周期，将2个过渡周期的相位绿灯值增加21s，第3个周期可恢复正常。
4、结语
本文针对目前信号协调控制出现的故障修复问题，避免了在同一时间点上同时执行协调控制方案的直接切换技术，根据信号机内时钟固定不变的原理，在故障修复之后通过计算时间偏差值，通过连续周期的调整，使区域协调控制恢复正常，从而使得交通混乱在故障修复后最短的时间得到缓解，可有效解决信号机断电、短时故障等对信号机造成的不稳定因素影响而引发的问题。
参考文献
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